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        來源:Frontiers of Environmental Science & Engineering 發布時間:2021/6/18 16:05:28
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        FESE前沿動態| 2020年度優秀論文評選公布

        論文標題:前沿動態2020年度優秀論文評選公布

        期刊:Frontiers of Environmental Science & Engineering

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        為鼓勵和宣傳環境科學與工程領域的創新性成果,Frontiers of Environmental Science & Engineering (FESE)編委會對本刊2020年發表的106篇論文進行了認真評審,最終來自南京大學周慶和東北師范大學霍明昕團隊的2篇研究論文,入選2020年度優秀論文。這是本刊連續第11年進行優秀論文評選。2020年度FESE“優秀論文獎”獲獎論文信息公布如下,歡迎關注。

        網頁鏈接:

        https://journal.hep.com.cn/fese/EN/10.1007/s11783-021-1424-4

        01

        文章信息

        一種高效固相萃取樹脂填料及其在固相萃取-超高效液質聯用技術檢測環境水體里44種PPCPs中的應用

        An efficient resin for solid-phase extraction and determination by UPLCMS/MS of 44 pharmaceutical personal care products in environmental waters

        朱峰,姚志建,吉文亮,劉德曄,張昊,李愛民,霍宗利,周慶

        原文鏈接:https://journal.hep.com.cn/fese/EN/pdf/10.1007/s11783-020-1228-y

        文章出版:Front.Environ.Sci.Eng.2020, 14(3): 51

        文章亮點

        克服親水單體和疏水單體難相容的瓶頸問題,成功制備出同時具備親疏水骨架的GCHM新材料。

        以GCHM為固相萃取填料,其對水體中44種PPCPs的回收率優于商業化材料Oasis®HLB。

        建立的基于新型填料的SPE-UPLCMS/MS檢測方法,對水體中44種PPCPs的檢出限可低至0.03 ~ 0.6 ng/L。

        文章簡介

        樣品前處理是環境水體中微污染有機物準確分析的重要保障過程。針對近年來廣受關注的新興有機污染物,其濃度很低(pg/L到ng/L),種類繁多,不同的親疏水等特性給前處理過程帶來了困難,亟需開發出同時對性質迥異的污染物均可高效富集分離的新技術。

        本研究圍繞目前應用最為廣泛的固相萃取技術(SPE),以N-乙烯基吡咯烷酮和二乙烯基苯為原料,利用乳液膠束-分步反應法成功制備出一種親水性多孔吸附聚合物材料GCHM。通過表征(圖1)發現其粒徑集中在50 μm,比表面積可高達800m2/g, 孔道豐富且以中孔為主,利于萃取過程中目標物質的傳質。此外,高N含量(2.1%)和較小的接觸角(76°)均證實了該材料在傳統二乙烯苯疏水骨架上成功實現了親水改性。

        為進一步評價該材料作為固相萃取填料的性能,論文選取Oasis®HLB商業固相萃取柱做對比,針對環境水樣中常見的10個類別共44種藥物和個人護理產品(PPCPs)開展研究。在考察優化了吸附劑用量、溶液pH、溶液加載速度等影響因素后,對比了在最佳固相萃取條件下兩種SPE柱的絕對回收率。結果發現使用GCHM作為固相萃取材料的樣品中44個PPCPs的平均絕對回收率為75.6%,相比商用Oasis®HLB材料有較大的優勢。其中,GCHM前處理后有21個PPCPs的絕對回收率在80%~120%之間,Oasis®HLB則僅有14個。

        在此基礎上,建立的利用GCHM固相萃取小柱與UPLC-MS/MS(ESI)聯用方法(圖2),其方法檢出限(MDL)范圍為0.03~0.6 ng/L,可基本滿足目前各類環境樣品分析的要求。采用該方法對長江、淮河、太湖10個環境水樣、江蘇常州1個地下水樣品、廈門1個污水樣品和福建九龍江2個海水樣品進行了PPCPs檢測分析。針對本文中所涉及的10類44種PPCPs,有22個化合物可被檢出,其濃度在0.5ng/L到1590 ng/L之間。

        綜上,GCHM是針對水體中各類有機污染物的高效固相萃取材料,其有望替代Oasis®HLB成為固相萃取前處理方向的重要產品。目前,該材料已在江蘇國創環??萍加邢薰緦崿F產品化,并在推廣過程中得到相關高校院所和企事業單位的廣泛認同。

        圖1 GCHM材料表征圖

        圖2 文章摘要圖

        02

        文章信息

        不同水源條件下再生水中大腸桿菌在地下環境中的遷移機制

        Transport of bacterial cell (E. coli) from different recharge water resources in porous media during simulated artificial groundwater recharge

        范偉,李奇,霍明昕,王小雨, 林山杉

        原文鏈接:https://journal.hep.com.cn/fese/EN/pdf/10.1007/s11783-020-1242-0

        文章出版:Front. Environ. Sci. Eng. 2020, 14(4): 63

        文章亮點

        • 地表入滲池駐留(及管網輸配)過程改變了細菌表面特征。

        • 細菌表面特征及水化學條件共同影響了其在多孔介質中的遷移沉積行為。

        • 不同回灌水源中大腸桿菌在地下環境呈現不同的遷移擴散能力。

        文章簡介

        當前,水資源的再生與利用已成為全球應對水資源危機的重要策略。雨洪水、天然地表水、污水廠出水等常規/非常規水資源通過管網輸配、引流入滲等途徑再次進入天然/社會水循環系統,以生態補水、農業灌溉、景觀綠化、地下回灌儲存等方式得到再利用,極大緩解了缺水地區的水均衡壓力。

        在上述各種再生水利用方式中,不同源水(或經過再生處理)回灌儲存于地下含水層中,是全球倍受關注的水回用途徑。我國北方干旱半干旱缺水地區逾90%人口的供水依賴地下水的開采,全國范圍內形成地下水超采區400多個,總面積達到62萬km2,補給涵養地下含水層以避免次生環境地質問題迫在眉睫。與此同時,我國水資源再生利用率總體不足10%,再生利用總量僅約占全國總供水量的0.75%,不足美國的9%。按照《國家節水行動方案》、《水污染防治行動計劃》及《關于推進污水資源化利用的指導意見》等國家戰略要求,到2025年,全國地級及以上缺水城市再生水利用率需達到25%以上。這意味著我國需要開辟大規模的再生水循環利用途徑、消解新增的大量再生水,并改變過去“即排即用”單線條的再生利用模式,探索具有“動態調蓄/緩沖”功能的新途徑。結合上述兩方面,將各類常規/非常規水源基于特定的水質標準進行處理,采用適宜的工程技術將其回灌儲存于地下空間,滿足保障后續用水安全的水量和水質需求,可同步解決地下水和再生水兩方面的問題,成為契合新時期水資源和環境保護國家重大需求的前沿和熱點。東北師范大學霍明昕教授課題組長期致力于再生水地下儲存方向的研究,針對再生水地下儲存的水質安全保障技術及其過程調控取得了系列成果。

        再生水中的病原微生物可能隨流進入地下水(人居)環境中并引發健康風險,定量解析其在環境復合介質中的遷移行為、評估其擴散風險因而成為再生水領域關注的焦點問題。本研究依托再生水地下回灌儲存背景,以大腸桿菌E.coli為模式微生物,以雨洪水、天然地表水、污水廠出水為回灌水源,從生物膠體在飽和多孔介質中的遷移沉積機理出發,考慮“地表入滲池駐留-地下多孔介質滲流”兩階段,研究管網輸配/地表入滲池駐留過程對大腸桿菌表面性質的改變,以及這種改變對E.coli后續在地下環境遷移沉積的影響。

        本研究從有機物含量與結構、無機離子類型及離子強度等方面對不同水源進行了分析;通過細菌形貌、Zeta電位、親疏水性、胞外聚合物組成與含量等揭示了不同水源環境中E.coli表面特征的響應;采用XDLVO理論與模型對不同條件下細菌與多孔介質顆粒之間的相互作用強度進行定量分析;進而開展一維滲流模擬柱實驗,對比分析了不同回灌水源條件下E.coli的隨流穿透曲線及沉積截面分布,并構建飽和多孔介質中生物膠體的對流-彌散-阻滯多相數值模型,對反映E.coli遷移沉積機理的關鍵參數進行反演,從而定量判別了不同回灌條件下E.coli的的遷移擴散風險水平,為不同水源地下回灌實際工程中病原微生物風險的預測和控制提供了指導依據。

        和正常培養生長狀態的E.coli相比,在上述三種回灌源水的體系中,由于寡營養脅迫,E.coli表面電位電負性更強,水動力直徑、胞外聚合物EPS含量及表面疏水性降低,細胞外膜蛋白多樣性增加。其中,E.coli水動力直徑和疏水性的情景順序為二級出水>河水>雨水,而表面電位電負性和EPS含量則遵從二級出水<河水<雨水。E.coli在隨流遷移過程中,可能由于攔截、重力、水動力、布朗運動等作用與含水介質顆粒發生碰撞接觸,盡管E.coli和介質顆粒均為電負性,但由于XDLVO曲線中二級能肼的存在,使得接觸后這兩類顆粒仍可能發生粘附。從生物膠體性質而言,更小的粒徑、更強的電負性、更低的EPS含量和更強的親水性有利于膠體顆粒的遷移,二級出水更高的離子強度和二價陽離子含量則能夠通過架橋和抑制雙電層厚度來進一步降低膠體顆粒的運移能力。綜合理論分析及柱實驗和模型結果發現,對于常見諸地下回灌場地的中砂介質而言,在雨水回灌條件下E.coli僅有2.70%被地層截留,而這一比率在河水和二級出水中分別達到10.38%和16.93%,這三類回灌水源情景下E.coli多相模型沉積系數分別為0.078,0.146和0.286 /min??梢?,無論采用何種回灌水源,E.coli均具有較高的地層穿透能力,常見再生水回灌干濕交替周期下、寡營養條件脅迫能夠提高E.coli的遷移能力(增加19-31%),一旦隨流進入地下環境,將引起較大距離/范圍的污染擴散;對于常見的污水廠出水入河補給地下水情景,河水與雨水比例愈高,E.coli遷移擴散風險越大。

        圖1 文章摘要圖

        圖2 不同回灌水源環境中生存對E.coli表面特征的影響

        圖3 不同回灌水源條件下E.coli在飽和多孔介質中的遷移沉積特征

        (a)穿透曲線;(b)截留曲線

        Frontiers of Environmental Science & Engineering(FESE)期刊由高等教育出版社、中國工程院和清華大學聯合主辦,Springer負責海外發行。FESE于2007年創刊,現任主編為清華大學曲久輝院士和美國佐治亞理工學院John C. Crittenden院士。FESE聚焦環境領域前沿問題與研究成果,發文體裁包括綜述論文、研究論文、短訊、評論和展望等,主題涵蓋環境科學與工程領域全部方向,重點關注開創性、跨學科的研究,旨在打造具有國際影響力的高水平學術交流平臺,已被SCI、Ei、INSPEC、EMBiology、SCOPUS和CSCD核心庫等收錄,入選“中國科技期刊卓越行動計劃”重點期刊。自2022年起轉為月刊出版。

        《前沿》系列英文學術期刊

        由教育部主管、高等教育出版社主辦的《前沿》(Frontiers)系列英文學術期刊,于2006年正式創刊,以網絡版和印刷版向全球發行。系列期刊包括基礎科學、生命科學、工程技術和人文社會科學四個主題,是我國覆蓋學科最廣泛的英文學術期刊群,其中13種被SCI收錄,其他也被A&HCI、Ei、MEDLINE或相應學科國際權威檢索系統收錄,具有一定的國際學術影響力。系列期刊采用在線優先出版方式,保證文章以最快速度發表。

        高等教育出版社入選“中國科技期刊卓越行動計劃”集群化項目。Frontier系列期刊中:13種被SCI收錄;1種被A&HCI收錄;6種被Ei收錄;2種被MEDLINE收錄;11種中國科技核心期刊;16種被CSCD收錄。

        中國學術前沿期刊網

        http://journal.hep.com.cn

         
         
         
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